4.2. Источники образования технических каналов утечки информации Индуктивные акустоэлектрические преобразователи

Если в поле постоянного магнита поместить катушку индуктивности (рамку) и вращать ее хотя бы под воздействием воздушного потока, то на ее выходе появится ЭДС индукции.

Воздушный поток переменной плотности возникает и при разговоре человека. Поэтому в соответствии с разговором (под воздействием его воздушного потока) будет вращаться катушка (рамка), что вызовет пропорционально изменяющуюся ЭДС индукции на ее концах. Таким образом, можно связать акустическое воздействие на провод в магнитном поле с возникающей ЭДС индукции на его концах ‑ это типичный пример из группы индукционных акустических преобразователей. Представителем этой группы является, например, электродинамический преобразователь (рис. 3).

Рис. 3. Устройство электродинамического преобразователя

Рассмотрим акустическое воздействие на катушку индуктивности с сердечником. Механизм и условия возникновения ЭДС индукции в такой катушке сводятся к следующему. Под воздействием акустического давления появляется вибрация корпуса и обмотки катушки. Вибрация вызывает колебания проводов обмотки в магнитном поле, что и приводит к появлению ЭДС индукции на концах катушки:

(16)

где Фс — магнитный поток, замыкающийся через сердечник; Фв — магнитный поток, замыкающийся через обмотки по воздуху.

ЭДС зависит от вектора магнитной индукции, магнитной проницаемости сердечника, угла между вектором и осью катушки, угла между вектором и осью сердечника и площадей поперечных сечений сердечника и катушки. Индуктивные преобразователи подразделяются на электромагнитные, электродинамические и магнитострикционные. К электромагнитным преобразователям относятся такие устройства, как громкоговорители, электрические звонки (в том числе и вызывные звонки телефонных аппаратов), электрорадиоизмерительные приборы. Примером непосредственного использования этого эффекта для целей акустического преобразования является электродинамический микрофон (рис. 4).

Рис. 4. Электродинамический микрофон

ЭДС на выходе катушки определяется по формуле

(17)

где — индуктивность; здесь k — коэффициент, зависящий от соотношения параметров; l — длина намотки катушки; μ₀ — магнитная проницаемость; S — площадь поперечного сечения катушки; ω — число витков катушки.

Возникновение ЭДС на выходе такого преобразователя принято называть микрофонным эффектом. Можно утверждать, что микрофонный эффект может проявляться как в электродинамической, так и в электромагнитной, конденсаторной и других конструкциях, широко используемых в акустоэлектрических преобразователях самого различного назначения и исполнения.

Емкостные преобразователи

Емкостные преобразовывающие элементы превращают изменение емкости в изменение электрического потенциала, тока, напряжения.

Для простейшего конденсатора, состоящего из двух пластин, разделенных слоем диэлектрика (воздух, парафин и др.), емкость определяется по формуле:

(18)

где  — диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S — площадь поверхности каждой пластины; d — расстояние между пластинами.

Из этого соотношения следует, что емкость конденсатора зависит от расстояния между пластинами. При наличии в цепи емкости постоянного источника тока и нагрузки воздействующее на пластины акустическое давление, изменяя расстояние между пластинами, приводит к изменению емкости. Изменение емкости приводит к изменению сопротивления цепи и соответственно, к падению напряжения на сопротивлении нагрузки пропорционально акустическому давлению. Эти зависимости используются в конструкции конденсаторных микрофонов. Принципиальная схема конденсаторного микрофона приведена на рис. 5.

Когда на микрофон действует волна звукового давления Р, диафрагма Д движется относительно неподвижного электрода — жесткой пластины П. Это движение вызывает переменное изменение электрической емкости между диафрагмой и задней пластиной, а следовательно, производит соответствующий электрический сигнал на выходе.

Рис. 5. Устройство конденсаторного микрофона

Конденсаторы переменной емкости с воздушным диэлектриком являются одним из основных элементов перестраиваемых колебательных контуров генераторных систем. Они устроены так, что одна система пластин вдвигается в другую систему пластин, образующих конденсатор переменной емкости. На такой конденсатор акустическое давление оказывается довольно просто, изменяя его емкость, а следовательно, и характеристики устройства, в котором он установлен, приводя к появлению неконтролируемого канала утечки информации.